prof hector campos, guia de estudio leyes de newton, 2º medioa-b-c, 2ºsemestre 2008,

COLEGIO ALEXANDER FLEMINGDEPARTAMENTO DE FISICA 2º MEDIO 2008 PROFESOR: HECTOR CAMPOS

Unidad: LEYES DE NEWTON

Has visto esto alguna vez, bueno este ejemplo te explicara muchas otras situaciones

PRINCIPIO DE INERCIA

Objetivos: 1. Identificar la fuerza como una manifestación de una interacción y causa de los

cambios de movimiento.2. Describen el movimiento de un objeto en términos de los conceptos físicos relevantes

como velocidad, aceleración, fuerza, etc.3. Reconocer a las fuerzas como causas de cambios de velocidad y aplicar

correctamente el principio de Inercia.4. Reconocen que con ayuda de unos pocos conceptos son capaces de describir y

entender realidades aparentemente complicadas.5. Determinar la fuerza neta (total) sobre un cuerpo, conociendo todas las fuerzas que

actúan sobre él.6. Reconocen su capacidad para obtener resultados numéricos útiles mediante cálculos

sencillos.

Introducción.- Aunque Galileo fue quien introdujo el concepto de Inercia, fue Newton quien valoró su importancia. La ley de Inercia define el movimiento natural e indica que clases de movimiento son el resultado de las fuerzas aplicadas. Mientras que Aristóteles sostuvo que el avance de una flecha por el aire requería la aplicación de una fuerza, la Ley de Inercia de Newton indica en cambio que el comportamiento de la flecha es natural. Frecuentemente se escucha afirmar lo siguiente: “Para que un cuerpo se mueva es necesario que actué una fuerza sobre él." Pero, ¿Es verdadera esta afirmación?Analicemos la situación que se representa en el dibujo siguiente:

Sobre una superficie horizontal Lisa y pulida se coloca una bolita y luego se le da un pequeño impulso. No cabe duda que bastará ese impulso inicial para que siga

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http://Pero.Z.es/


moviéndose a todo lo largo de la superficie en que rueda. ¿Hay algo o alguien que ejerza fuerza hacia adelante sobre la bolita para mantenerla en movimiento?

Es obvio que no. Después del impulso inicial nada empuja hacia adelante. Por el contrario, si quisiéramos detener la bolita tendríamos que ejercer una fuerza que la frenara. Evidentemente estamos frente al caso en que un cuerpo se mueve aun cuando la fuerza sobre él es cero.

Puede que exista, en este caso una pequeña fuerza. Se trata del roce entre la bolita y la superficie. Pero esta fuerza actúa en sentido contrario al movimiento de la bolita y es la responsable de que, en definitiva, la bolita vaya disminuyendo su velocidad paulatinamente. Galileo Galilei (1564 - 1642) fue el primero en resumir con breves palabras los resultados de este simple experimento con la bolita. Este enunciado constituye lo que hoy se conoce como Principio de Inercia:

Desde el punto de vista del concepto de fuerza, este principio permite establecer las siguientes afirmaciones:

A diferencia de lo que algunos erróneamente piensan, la velocidad constante es el estado natural de las cosas y solo los cambios de velocidad deben ser atribuidos a la acción de una fuerza. El reposo es solo un caso particular de velocidad constante (velocidad constantemente cero).Los cuerpos tienen una tendencia intrínseca a conservar su velocidad sin modificación. Se dice que los cuerpos tienen INERCIA.

Problema.- De acuerdo a las dos figuras responde:

a) ¿Qué puedes decir respecto a que esta haciendo el móvil en cada caso y lo que sucede con los pasajeros?

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Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (velocidad constante) mientras no actué sobre el una fuerza que lo saque de su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme.

a) Si la fuerza total sobre un cuerpo es cero, y este cuerpo se encuentra inicialmente en reposo, se mantendrá en reposo.

b) Si la fuerza total sobre un cuerpo es cero y el cuerpo se encuentra inicialmente en movimiento, este seguirá moviéndose con velocidad constante y en línea recta.

c) Si la fuerza total sobre un cuerpo no es cero, este sufrirá un cambio de velocidad y/o de dirección de movimiento.


b) ¿ Por qué sucede? c) ¿En el caso 1 el cuerpo se desplaza de su posición?

PROBLEMA 1.a) ¿Que puede decir acerca del movimiento de un cuerpo que está en reposo y

sobre el cual no actúa ninguna fuerza? b) ¿Que debe pasar, sí el cuerpo esta en movimiento. pero sobre el no actúa

ninguna fuerza?c) ¿Cómo será el movimiento de un cuerpo sobre el cual está actuando una fuerza

en el mismo sentido en que se está moviendo? d) ¿Y como se moverá si sobre el actua una fuerza en sentido contrario al sentido en

que se está moviendo?e) ¿Cómo se moverá un cuerpo si, estando en movimiento, actuan sobre el dos

fuerzas de igual magnitud, en que una apunta hacia adelante y la otra hacia atrás? De un ejemplo en que esto ocurra.

PROBLEMA 2. Imagine que usted le da un empujón a un autito de juguete y lo deja rodar libremente. Se observa que la velocidad del autito va disminuyendo y finalmente se detiene. ¿Contradice esto el Principio de Inercia?

PROBLEMA 3. El primer cosmonauta que abandono la cápsula durante él vuelo fue Leonov.Durante todo el tiempo que se mantuvo fuera de la nave estuvo unido a ella por media de un cordón. Alguien afirmo que el objeto del cordón era arrastrar a Leonov, porque de no estar unido a la nave, se habría quedado irremisiblemente atrás debido a la enorme velocidad con que sé movía la nave". ¿Es verdadera esta afirmación? Explique.

PROBLEMA 4. ¿Es posible que un cuerpo se mueva a lo largo de una circunferencia sin que

active una fuerza sobre él?

PROBLEMA 5. Considere el caso de un paracaidista que se deja caer desde un avión a

gran altura.

a) ¿Cuales fuerzas están actuando sobre el paracaidista cuando aún no se ha abierto el paracaídas.

b) Durante ese rato, ¿cómo se mueve el paracaidista, con velocidad constante o no? Explique

c) Si después que se abre el paracaídas, el roce con el aire es igual al peso del paracaidista, ¿cómo se moverá este, con velocidad constante o no?

Ejemplos de la inercia.-

Cuando arranca un ómnibus los pasajeros son impelidos hacia atrás, como si trataran de quedar en el reposo en que se hallaban.

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En los circos y variedades suele verse artistas muy hábiles que, con un rápido movimiento, extraen el mantel de una mesa sin que caigan ni abandonen su lugar los objetos colocados encima.

Al arrancar bruscamente en un ascensor, los pasajeros sienten una desagradable sensación en él estomago, debido a que sus cuerpos se resisten a ponerse en movimiento. Si se hiciera la prueba de colocar una balanza sobre el piso del ascensor y bajar sobre su plataforma, se observaría que la aguja marca un brusco aumento de su masa al arrancar, pues el cuerpo se resiste a salir del reposo; una vez que el movimiento se hace uniforme, la aguja señalara nuevamente la masa real del pasajero.

Ejemplos Gráficos de inercia.-

PROBLEMA 6. A continuación se mencionan varios ejemplos en los cuales se plantea la

idea de Inercia sobre un cuerpo. Indique en cada uno de estos casos si existe inercia no. Explica tu respuesta.

a) Frenar con la rueda delantera de una bicicletab) Sacudir una alfombra para sacarle el polvo que tiene.c) Golpear los zapatos con barro contra la murallad) Sacudir la cabeza estando con el pelo mojadoe) Sacar un cigarrillo de la cajetilla golpeándola contra la manof) Lanzar agua a una persona con un vasog) Chocar el pie en un escalón de la escalera cuando va subiendo por ella

Problema 7. Imagina la siguiente situación como muestra la figura. Se observa en la figura a dos personas el chofer y un pasajero ¿qué le sucede al pasajero cuando el auto esta girando en la curva?¿ Qué sucedería con el pasajero si no estuviera la puerta? ¿Contradice esto el Principio de Inercia?

Problema 8. Imagina la situación que muestra la figura. ¿Por qué el auto que esta girando en la curva se sale de esta?¿ Qué sucederá con el chofer cuando el auto se frene bruscamente?¿Contradice esto el Principio de Inercia?

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PROBLEMA 9. Imagina la siguiente situación como muestra la figura. Se observa que al golpear el papel la moneda no adquiere velocidad y finalmente cae en el vaso. ¿Contradice esto el Principio de Inercia?

A menudo se comete el error de decir: " todo cuerpo en movimiento tiende a seguir con su movimiento." No es cierto, pues un cuerpo que tenga un movimiento unifor-memente acelerado por ejemplo, no tiene la menor, tendencia a mantenerlo; al contrario,

tiende a perderlo, para seguir con movimiento uniforme. Por ejemplo: un automóvil entra en una pendiente. Adquiere en ella un movimiento uniformemente acelerado; su velocidad va aumentando, hasta que el camino se hace nuevamente horizontal; en ese momento, el automóvil no manifiesta la menor tendencia a continuar con su movimiento ( el uniforme acelerado) al contrario, lo pierde para adquirir un movimiento uniforme y rectilíneo, cuya velocidad es la que hacia alcanzado en él ultimo instante de su descenso. Así es; todos sabemos que en las curvas, los pasajeros de un vehículo son empujados hacia afuera, pues sus cuerpos tienden a seguir en la dirección que traían. El automóvil mismo se inclina, y si toma la curva a excesiva velocidad, se produce el vuelco, lo que muestra la tendencia del automóvil a seguir en línea recta.

Problema 10. En los siguiente casos dibuja el vector Fuerza aplicado sobre el cuerpo y el vector velocidad.

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Problema 11. En el figura siguiente uno o varios de los vectores que aparecen en este no corresponde(n) conceptualmente, indica y explica cual(es) de el(los) vector(es) no es(son).

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RESUMEN PRINCIPIO DE INERCIA

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Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme (velocidad constante) mientras no actué sobre el una fuerza que lo saque de su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme.

V = 0Sí la o V = constante

Otra forma de decir lo anterior.

“ Si un cuerpo se encuentra en reposo o se mueve con velocidad constante, tenemos que la suma de todas las fuerzas aplicadas sobre el cuerpo es cero, y por lo tanto, su aceleración es cero.

INERCIA

No-INERCIA

AcelerandoSí la o o Desacelerando

Otra forma de decir lo anterior:

“ Si la suma de todas las fuerzas aplicadas sobre un cuerpo no es cero, es decir, si la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo no es cero, entonces el cuerpo se encuentra acelerando(aumentando su velocidad) o desacelerando (disminuyendo


UNIDAD: 2 ° Ley de Newton: Principio de Masa .

Objetivos:

1. Reconocer diversos tipos de interacciones, identificar el “peso” de un cuerpo como una fuerza gravitacional y definir el “Newton” como una unidad de fuerza.

2. Determinar la fuerza neta (total) sobre un cuerpo, conociendo todas las fuerzas que actúan sobre él.

Del enunciado del Principio de Inercia se concluye inmediatamente que para mantener un cuerpo en movimiento rectilíneo uniforme no es necesaria la acción de ningún agente externo ( fuerza). Por otra parte, si actúa un agente externo el movimiento deja de ser rectilíneo uniforme para pasar a ser un movimiento acelerado, desacelerado o curvilíneo Por tanto para mantener un movimiento acelerado, desacelerado o curvilíneo es necesario aplicar sobre el cuerpo una fuerza.

Newton usaba él termino Masa como sinónimo de cantidad de materia. Esta noción intuitiva de la masa de un cuerpo no es precisa, ya que el concepto " cantidad de materia " no esta bien definido. De manera más exacta puede decirse que la masa es la medida de la inercia de un cuerpo.

Si dos automóviles tienen la misma clase de materiales, pero uno tiene doble masa que el otro, ¿ cual tendrá mas inercia?. Bastara empujar a los dos con la misma fuerza y observar cual resiste más. Todos sabemos que el de mayor masa. Es decir, cuanto mayor es la masa, mayor es la inercia.

¿ Que relación hay entre la fuerza aplicada, la masa del cuerpo y la aceleración que adquiere?. Ahora podemos enfrentar el problema. Lo comprenderemos mejor a través de un ejemplo:

Se tienen dos carros exactamente iguales ( la misma masa); del primero tira un hombre y del segundo un caballo (dos fuerzas distintas). ¿Cuál adquiere mayor aceleración?. Evidentemente el caballo. Si midiéramos comprobaríamos que la aceleración es directamen-te proporcional a la fuerza; es decir, a mayor fuerza mayor aceleración.

Otro ejemplo: Se tienen dos caballos iguales ( la misma fuerza); el primero tira de un carro más chico que el segundo (distintas masas). ¿CuáI adquiere mayor aceleración?. Evidentemente el primero. Si midiéramos comprobaríamos que: La aceleración es inversamente proporcional a la masa, es decir, a menor masa, mayor aceleración.

En general, podemos decir entonces:

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Concluimos, pues, que para producir y mantener una aceleración es necesaria una fuerza aplicada sobre el cuerpo

Principio de Masa: la aceleración que adquiere un cuerpo bajo la acción de una fuerza es directamente proporcional a la fuerza e inversamente proporcional a su masa.


Siendo “F” la fuerza aplicada, “m” la masa del cuerpo y “a” la aceleración adquirida por el cuerpo y podemos escribir algebraicamente este principio en la forma siguiente

Unidades de cada uno de los conceptos a utilizar en cada uno de los sistemas.

S.I. C.G.S.

F Newton (N) Dina (D)

M Kilogramo (Kg) Gramo (Grs)

A

Ejemplo 1.- Sobre un cuerpo de 2 Kg actúa una aceleración de . ¿ Cuál será la

Fuerza aplicada sobre el cuerpo?

Datos.- m = 2 Kg Formula a utilizar

F = m x a

F = X Desarrollo

Datos.- m = 2000 gr Formula a utilizar

F = m x a

F = X Desarrollo

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Ejemplo 2.- Sobre un cuerpo de 500 grs actúa una fuerza de 2 N. ¿ Cuál será su Aceleración?

Datos.- m = 500 grs F = 2 N a = X

Formula a utilizar

Desarrollo

Ejemplo 3. ¿Con qué fuerza un cuerpo de 3 Kg adquiere una aceleración de ?

Datos.- m = 3 Kg Formula a utilizar

F = m x a

F = X Desarrollo

Ejemplo 4. Sobre un cuerpo de 5 Kg de masa actúa una fuerza de 6 N hacia la derecha y otra de 4 N hacia la izquierda. ¿ Qué aceleración tendrá el cuerpo?

4 N 6 N

Datos.- m = 5 Kg a = X

Formula a utilizar

Desarrollo

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EJERCICIOS PARA PRACTICAR.-

1. Sobre un cuerpo de 2 Kg. se aplica una fuerza, la cual le produjo una aceleración de

. Calcular el valor de la fuerza aplicada en Newton y Dinas.

2. ¿ Qué fuerza debe aplicarse a una masa de 5 Kg para que adquiera una aceleración

de ?. Resp. 30 N

3. ¿ Cuál es la masa de un cuerpo si al aplicarle una fuerza de 400 D adquiera una

aceleración de ? Resp: 50 gr

4. A una masa de 4 Kg se le aplica una fuerza de 80 N. ¿ Qué aceleración adquiere?

Resp.

5. Un móvil acelera por la acción de una fuerza de 10 N. Calcular la masa del

móvil.

6. La aceleración de gravedad de la Tierra es de . Calcular TU peso.

7. Una masa M se mueve por efecto de una fuerza F.

a) Si la fuerza aumenta al doble y la masa permanece constante, ¿ Que sucede con la aceleración?. b) Si la masa aumenta al doble y la aceleración permanece constante. ¿ Que sucede con la fuerza?. c) Si la masa aumenta al triple y la aceleración al doble. ¿ Que sucede con la fuerza?. d) Si la fuerza aumenta al doble y la aceleración se reduce a la mitad, ¿Que sucede con la masa?.

8. A un cuerpo de 15 Kg de masa situado sobre el piso, se le aplica una fuerza horizontal de 40 N. 6 Que aceleración se le produce si la fuerza de fricción entre el cuerpo y el piso es de 10 N?.

9. Que fuerza debe aplicarse a una masa de 5 Kg para que adquiera la aceleración de 6 m/s?

10. ¿Cuál es la masa de un cuerpo si al aplicarle la fuerza de 400 D adquiere la aceleración 8 cm/s ?.

11.A una masa de 4 Kg se le aplica una fuerza de 80 Kg. ¿Qué aceleración adquiere?

12.Una fuerza efectúa al trasladar una masa de 400 gr con una aceleración de ?

13. ¿ Cuál es la masa de un cuerpo si al aplicarle una fuerza de 420 N se produce una

aceleración de ? Resp. 60 Kg

14. Se tiene una masa de 8 Kg, calcule el peso del cuerpo. Resp. 80 N

15. En la tabla siguiente presentamos las aceleraciones adquiridas por tres cuerpos A, B y C cuando las fuerzas indicadas actúan sobre ellas. Basándose en esta tabla encuentra cual es la relación matemática que existe entre los tres cuerpos.

F(N) a(m/s) Cuerpo A 20 1Cuerpo B 10 2Cuerpo C 4 0,8

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16.De acuerdo al ejercicio siguiente llena los espacios que faltan con las unidades que correspondan en cada caso.

17. De acuerdo a la tabla siguiente llena los espacios que faltan.

17. Un bloque de masa 4 Kg se desplaza en línea recta sobre una superficie horizontal impulsado por una fuerza de 40 N también horizontal. Sobre el bloque actúa también una fuerza de roce de 12 N.

a) Realiza un dibujo de la situación planteadab) ¿Cuál es la fuerza total aplicada sobre el bloque?c) ¿ Cuál es la aceleración del bloque?d) ¿Cuál es el peso del cuerpo?

18.Completar el siguiente cuadro:

Fuerza Masa Aceleración Peso

N m/s

gr D

Kgr m/s

Kg N

Fuerza Masa Aceleración Peso

3 Kg 8m/s

50 D 10 gr

5 m/s 30 N

49 N 70 N

10 cm/s 60 N

M(Kg) F(N) A (m/s)

125 52 56 3

2 FM / 2 2 A2 M F

F / 2 M / 3

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19.Para empujar una caja se emplean las siguientes fuerzas que muestra la figura.

40 N 60 N

a) Calcular la fuerza resultante que actúa sobre la caja.

b) Calcular el peso de la caja ( g = )

c) Calcular la aceleración de la caja.d) Indique en que sentido y dirección se mueve el cuerpo.

20.Para empujar una caja se emplean las siguientes fuerzas que muestra la figura.

60 N

40 N

a) Calcular la fuerza resultante que actúa sobre la caja.

b) Calcular el peso de la caja ( g = )

c) Calcular la aceleración de la caja.d) Indique en que sentido y dirección se mueve el cuerpo.

21. Para empujar una caja se emplean las siguientes fuerzas que muestra la figura.

60 N

60 N

a) Calcular la fuerza resultante que actúa sobre la caja. b) Calcular la aceleración de la caja. c) Indique en que sentido y dirección se mueve el cuerpo.

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20 Kg

20 Kg

20 Kg


UNIDAD: 3a Ley de Newton: Principio de Acción y Reacción

Podríamos decir que esta ley es la de los picados si no mira esta figura:

Fuerza que ejerce Fuerza que ejerceEl cuerpo B sobre él El Cuerpo A sobre élCuerpo A: Cuerpo B:

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“Si un cuerpo A ejerce una fuerza F sobre un cuerpo B, entonces el cuerpo B ejercerá simultáneamente una fuerza F de igual modulo, de sentidos contrarios e igual dirección sobre el cuerpo A.”

A B


Características de la 3a ley de Newton.

1. Se cumple aun cuando un cuerpo este en reposo o movimiento2. Se necesitan dos cuerpos como mínimo para que se cumpla. 3. Las fuerzas de Acción y Reacción actúan en forma simultanea4. Las fuerzas de Acción y Reacción tienen sentidos contrarios5. Las fuerzas de Acción y Reacción tienen la misma dirección6. Las fuerzas de Acción y Reacción actúan sobre cuerpos distintos 7. Las fuerzas de Acción y Reacción no se anulan entre sí8. Las fuerzas de Acción y Reacción tienen el mínimo valor o magnitud

EJERCICIOS.

en los siguientes casos responda lo siguiente:

a) ¿ Cuantos cuerpos participan(numero)?b) Nombre los cuerpos que participanc) ¿Cuantas fuerzas hay aplicadas sobre cada cuerpo?d) ¿Quiénes ejercen las fuerzas y sobre quien la ejerce? e) ¿Hacia donde están aplicadas las fuerzas ( sentido y dirección)?f) ¿Que fuerzas son de acción y reacción?g) ¿Que fuerzas se anulan entre ellas?h) Realice el dibujo con todas las fuerzas nombradas sobre los cuerpo

participantes en el caso presentado.

Ejemplo.-

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a) 3b) La Tierra, El suelo y el Objetoc) Sobre la Tierra( o centro de Gravedad) = 2

Sobre el suelo = 2Sobre el objeto = 2

d- e) Sobre la Tierra = el objeto (1); el suelo (2)

sobre el suelo = el objeto (3); La Tierra (4)

sobre el objeto = el suelo (5); La Tierra (6)

f) 1 y 6; 2 y 4; 3 y 5.g) 5 y 6

h)

suelo

Centro de la Tierra ( aplica la Fuerza de Gravedad)

CASO 1.

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objeto


CASO 2.

CASO 3.

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prof hector campos, guia de estudio leyes de newton, 2º medioa-b-c, 2ºsemestre 2008,

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